本發(fā)明公開涉及環(huán)境保護(hù)和新能源的，尤其涉及一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法。

背景技術(shù)：

1、污泥水熱氣化制氫技術(shù)在污泥減量化、無害化以及資源化利用方面具有廣闊的發(fā)展前景，但是伴隨水熱處理會產(chǎn)生富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷等的水相副產(chǎn)物。水相副產(chǎn)物的處理及資源化利用關(guān)系到水熱技術(shù)的推廣應(yīng)用，目前對水相副產(chǎn)物的利用研究相對較少。通過光催化技術(shù)對水相副產(chǎn)物進(jìn)行光熱催化轉(zhuǎn)化是實現(xiàn)該類廢棄物高值化利用的一種重要途徑，得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。到2025年，可再生能源產(chǎn)氫量預(yù)計達(dá)每年10×104t以上，可減少co2排放量100×104t以上。光催化制氫因能耗較低、碳排放少等特點，成為綠色制氫的關(guān)鍵技術(shù)。此外，污泥水熱氣化后固相殘渣中還含有大量的cu元素，可以用于制作負(fù)載催化劑的原材料，用于水相副產(chǎn)物光催化制氫反應(yīng)。綜上，通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化耦合光熱催化轉(zhuǎn)化可以實現(xiàn)污泥中有機(jī)質(zhì)和無機(jī)組分的能源化和資源化利用，從而提升污泥能源化利用效率。

2、因此，以氫氣作為主要清潔能源，高效清潔利用市政污泥，實現(xiàn)市政污泥有機(jī)和無機(jī)組分的能源化與資源化利用是非常有意義的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供了一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，通過對污泥中有機(jī)組分的能源化和無機(jī)組分的資源化利用，提高市政污泥的能源化利用效率和整體制氫產(chǎn)率。

2、本發(fā)明提供了一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，包括如下步驟：

3、步驟1：通過水熱轉(zhuǎn)化法對市政污泥進(jìn)行氣化產(chǎn)氫，同時得到液相副產(chǎn)物和固相副產(chǎn)物；

4、步驟2：提取所述固相產(chǎn)物中的銅離子，以tio2為載體，制備cu/tio2催化劑；

5、步驟3：采用所述cu/tio2催化劑對所述液相副產(chǎn)物進(jìn)行光熱催化轉(zhuǎn)化制備氫氣。

6、優(yōu)選地，所述步驟1：通過水熱轉(zhuǎn)化法對市政污泥進(jìn)行氣化產(chǎn)氫，包括：

7、a：將市政污泥和溶劑混合，倒入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中；

8、b：向反應(yīng)釜中通入n2以置換反應(yīng)釜中的空氣，密封反應(yīng)釜；

9、c：設(shè)置釜內(nèi)反應(yīng)溫度及攪拌器轉(zhuǎn)速，進(jìn)行水熱反應(yīng)；

10、d：反應(yīng)結(jié)束，降至室溫后，用n2吹掃反應(yīng)器，收集氣相產(chǎn)物，直至充滿500ml氣袋；

11、e：將產(chǎn)物倒出后，真空過濾；濾液用去離子水定容至100ml，即為液相副產(chǎn)物；濾渣為固相副產(chǎn)物。

12、優(yōu)選地，所述溶劑為乙醇與去離子水的混合液。

13、優(yōu)選地，所述步驟2：提取所述固相產(chǎn)物中的銅離子，以tio2為載體，制備cu/tio2催化劑，包括：

14、a：用稀h2so4溶解濾渣，得到固液混合物，其中稀h2so4的濃度為1-5mol/l；

15、b：所得固液混合物進(jìn)行固液分離后保留濾液，向所述濾液中加入0.5mol/l的naoh調(diào)節(jié)ph為6，抽濾得到富cu混合物，然后向富cu混合物中加入稀硫酸，對其進(jìn)行溶解，抽濾分別得到濾渣和濾液；

16、c：向b中得到的濾渣中加入足量0.5mol/l的naoh、tio2和100ml?0.25mol/lna2so3溶液，振蕩攪拌，離心分離后得到固相沉淀；

17、d：反復(fù)向沉淀中加入去離子水，清洗三次沉淀后離心分離以去除多余的na2so4，將最終得到的固相置于真空干燥箱中干燥；

18、e：將干燥后的塊狀固體研磨成粉末，過篩；

19、f：收集粉末至密封袋得到cu/tio2光催化劑；

20、優(yōu)選地，所述步驟3：采用所述cu/tio2催化劑對所述液相副產(chǎn)物進(jìn)行光熱催化轉(zhuǎn)化制備氫氣，包括：

21、a：將所述液相副產(chǎn)物與甲醇按體積比3：2添加到光熱反應(yīng)釜中，加入50mg?cu/tio2催化劑；

22、b：向反應(yīng)釜中通入he以置換反應(yīng)釜中空氣，初壓為0.5mpa；

23、c：設(shè)置釜內(nèi)溫度30-150℃，攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)置為250r/min，升至目標(biāo)溫度后停留6h；

24、d：反應(yīng)結(jié)束，降至室溫后，打開排氣閥，用he吹掃反應(yīng)器，直至充滿500ml氣袋。

25、優(yōu)選地，所述光熱反應(yīng)釜的光源波長為350-780nm，光強為300w。

26、本發(fā)明提供的一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，該方法中首先通過對市政污泥熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中固相副產(chǎn)物的回收利用，制備了一種cu/tio2光催化劑，該催化劑在光熱催化中表現(xiàn)出良好的催化性能。

27、通過本發(fā)明的方法市政污泥水熱氣化產(chǎn)氫量達(dá)到6.35mmol，水熱氣化液相副產(chǎn)物光熱催化反應(yīng)中產(chǎn)氫量達(dá)到70.5μmol；以市政污泥為原料，通過水熱氣化-光熱催化反應(yīng)過程，單位質(zhì)量市政污泥(含水率70％)產(chǎn)氫量達(dá)到6.24mmol/g；該過程有效利用了市政污泥固、液兩相有機(jī)廢棄物，提高了能源轉(zhuǎn)化利用效率。

28、本發(fā)明提升了市政污泥有機(jī)和無機(jī)組分的綜合利用效率，為實現(xiàn)市政污泥的高值化轉(zhuǎn)化提供了新思路。

29、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明的公開。

技術(shù)特征：

1.一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，其特征在于，所述步驟1：通過水熱轉(zhuǎn)化法對市政污泥進(jìn)行氣化產(chǎn)氫，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，其特征在于，所述溶劑為乙醇與去離子水的混合液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，其特征在于，所述步驟2：提取所述固相產(chǎn)物中的銅離子，以tio2為載體，制備cu/tio2催化劑，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，其特征在于，所述步驟3：采用所述cu/tio2催化劑對所述液相副產(chǎn)物進(jìn)行光熱催化轉(zhuǎn)化制備氫氣，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，其特征在于，所述光熱反應(yīng)釜的光源波長為350-780nm，光強為300w。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用市政污泥全組分水熱氣化耦合光熱協(xié)同制氫的方法，首先通過水熱轉(zhuǎn)化法對市政污泥進(jìn)行氣化產(chǎn)氫，同時得到液相和固相副產(chǎn)物；其次，提取固相副產(chǎn)物中的銅離子，以TiO<subgt;2</subgt;為載體，制備Cu/TiO<subgt;2</subgt;催化劑，并將該催化劑用于液相副產(chǎn)物光熱催化制氫反應(yīng)過程。該方法實現(xiàn)了市政污泥全組分的能源化與資源化利用，得到了以氫氣為主的清潔能源，為市政污泥的清潔高效轉(zhuǎn)化提供了新思路。

技術(shù)研發(fā)人員：王智銳,李秉碩,楊天華,馬英,王建,李潤東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6